特開 2023-37486 アンテナ電極電気光学変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023037486

(43)【公開日】2023-03-15

(54)【発明の名称】アンテナ電極電気光学変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20230308BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021144269

(22)【出願日】2021-09-03

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、総務省、「セキュリティ強化に向けた移動物体高度認識レーダー基盤技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304026696

【氏名又は名称】国立大学法人三重大学

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】村田 博司

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102BA02

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA11

2K102DA04

2K102DD05

2K102EA02

2K102EA12

2K102EA17

(57)【要約】

【課題】従来よりも高い変換効率で電気光学変換を行うことができるアンテナ電極電気光学変調器を提供する。
【解決手段】アンテナ電極電気光学変調器１０は、ベース基板１２と、ベース基板１２の上面においてｙ軸方向に並べて配置されたパッチアンテナ２０～２３と、パッチアンテナ２０～２３の上方に配置された誘電性材料からなる電気光学結晶基板１４とを備え、パッチアンテナ２０～２３のそれぞれは、ｘ軸方向に沿って配置された、第１アンテナ素子２０ａ、第１線路２０ｂ、共振電極２０ｃ、第２線路２０ｄ、及び、第２アンテナ素子２０ｅを有し、電気光学結晶基板１４のパッチアンテナ２０～２３に対向する面にはｙ軸方向に延伸する光導波路３０が形成されており、電気光学結晶基板１４は、パッチアンテナ２０～２３の上方のうち、共振電極２０ｃの上方にだけ、配置されている。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号を無線信号で変調して出力するアンテナ電極電気光学変調器であって、
ベース基板と、
前記ベース基板の上面において第１方向に並べて配置され、前記無線信号を受信する複数のパッチアンテナと、
前記複数のパッチアンテナの上方に配置された誘電性材料からなる電気光学結晶基板とを備え、
前記複数のパッチアンテナのそれぞれは、前記ベース基板の上面において前記第１方向と直交する第２方向に沿って配置された、第１アンテナ素子、前記第１アンテナ素子に接続された第１線路、前記第１線路に接続された共振電極、前記共振電極に接続された第２線路、及び、前記第２線路に接続された第２アンテナ素子を有し、
前記電気光学結晶基板の前記複数のパッチアンテナに対向する面には、前記共振電極の上方に対応する位置において第１方向に延伸する、前記光信号を伝送するための光導波路が形成されており、
前記電気光学結晶基板は、前記複数のパッチアンテナの上方のうち、前記共振電極の上方にだけ、配置されている、
アンテナ電極電気光学変調器。

【請求項2】

前記複数のパッチアンテナのそれぞれにおいて、
前記第１線路は、（１）上方に前記電気光学結晶基板が配置されていない位置に形成され、一端が前記第１アンテナ素子に接続される、第１幅を有する第１部分線路と、（２）上方に前記電気光学結晶基板が配置された位置に形成され、前記第１部分線路の他端に一端が接続され、かつ、他端が前記共振電極に接続される、前記第１幅よりも小さい第２幅を有する第２部分線路とを含み、
前記第２線路は、（１）上方に前記電気光学結晶基板が配置されていない位置に形成され、一端が前記第２アンテナ素子に接続される、前記第１幅を有する第３部分線路と、（２）上方に前記電気光学結晶基板が配置された位置に形成され、前記第３部分線路の他端に一端が接続され、かつ、他端が前記共振電極に接続される、前記第２幅を有する第４部分線路とを含む、
請求項１記載のアンテナ電極電気光学変調器。

【請求項3】

前記複数のパッチアンテナのそれぞれにおいて、
前記第１部分線路の前記他端は、前記第２部分線路に近づくに従って漸次幅が狭くなるテーパ形状を有し、
前記第３部分線路の前記他端は、前記第４部分線路に近づくに従って漸次幅が狭くなるテーパ形状を有する、
請求項２記載のアンテナ電極電気光学変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光信号を無線信号で変調して出力するアンテナ電極電気光学変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

移動体無線通信システムは第５世代（５Ｇ）に突入しつつある。５Ｇシステムの特徴は、高速データ転送、低遅延、及び、多端末同時接続である。さらに、５Ｇの次世代（Beyond 5G/6G）の研究開発も始まっている。

【0003】

このような背景の下、ミリ波は次世代・次々世代移動体通信や高分解能レーダーシステムの本命として期待されている。ところが、ミリ波は伝搬損失が大きいという問題があり、その問題は、信号伝送や信号処理の観点からはかなりの制約となってしまう。そのために、ミリ波を光信号に変換し低損失な石英光ファイバを用いて伝送するＲｏＦ（Radio-over-Fiber）技術が有用である。今後、ミリ波を用いた様々なデバイス・システム・アプリケーションが創出されると考えられるため、ミリ波無線信号を光信号に変換するデバイスはより重要になると考えられる。

【0004】

そこで、従来、次々世代（Beyond 5G）無線通信のためのＲｏＦベース無線通信技術として、アンテナ電極電気光学変調器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、平面アンテナと電気光学変調器を融合させたアンテナ電極電気光学変調器が開示されている。このアンテナ電極電気光学変調器は、アンテナ電極を単一モード光導波路に沿ってアレイ状に並べた構成を備える。アンテナ電極は、一組のマイクロストリップ・パッチアンテナを定在波共振電極に結合させた構成となっている。これにより、電源を必要とすることなく、ミリ波無線信号を光信号に変換している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７３９８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のアンテナ電極電気光学変調器では、板状のＬｉＮｂＯ_３が用いられており、高周波になるにつれて、その板状のＬｉＮｂＯ_３の層全体で共振が起こってしまい、その結果、電気光学変換における変換効率が落ちてしまうという課題がある。

【0007】

そこで、本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも高い変換効率で電気光学変換を行うことができるアンテナ電極電気光学変調器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係るアンテナ電極電気光学変調器は、光信号を無線信号で変調して出力するアンテナ電極電気光学変調器であって、ベース基板と、前記ベース基板の上面において第１方向に並べて配置され、前記無線信号を受信する複数のパッチアンテナと、前記複数のパッチアンテナの上方に配置された誘電性材料からなる電気光学結晶基板とを備え、前記複数のパッチアンテナのそれぞれは、前記ベース基板の上面において前記第１方向と直交する第２方向に沿って配置された、第１アンテナ素子、前記第１アンテナ素子に接続された第１線路、前記第１線路に接続された共振電極、前記共振電極に接続された第２線路、及び、前記第２線路に接続された第２アンテナ素子を有し、前記電気光学結晶基板の前記複数のパッチアンテナに対向する面には、前記共振電極の上方に対応する位置において第１方向に延伸する、前記光信号を伝送するための光導波路が形成されており、前記電気光学結晶基板は、前記複数のパッチアンテナの上方のうち、前記共振電極の上方にだけ、配置されている。

【発明の効果】

【0009】

本開示により、従来よりも高い変換効率で電気光学変換を行うことができるアンテナ電極電気光学変調器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】図１Ａは、実施の形態におけるアンテナ電極電気光学変調器の構成を示す外観図である。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器に対して１Ｂ－１Ｂ線を含む面で切断して得られる断面図である。

【図1C】図１Ｃは、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器が備える一つのパッチアンテナの平面図である。

【図2】図２は、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器のパッチアンテナ部分の解析結果を示す図である。

【図3】図３は、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器の共振電極部分の解析結果を示す図である。

【図4】図４は、パッチアンテナ部分と共振電極部分とが結合されたパッチアンテナ全体の解析結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0012】

図１Ａは、実施の形態におけるアンテナ電極電気光学変調器１０の構成を示す外観図である。ここでは、アンテナ電極電気光学変調器１０を上方斜めから見た透視的な外観が示されている。図１Ｂは、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器１０に対して１Ｂ－１Ｂ線を含む面で切断して得られる断面図である。図１Ｃは、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器１０が備える一つのパッチアンテナ２０の平面図である。なお、図１Ｃには、一つのパッチアンテナ２０が示されているが、他のパッチアンテナ２１～２３についても、パッチアンテナ２０と同じ構造を有する。また、図１Ａ～図１Ｃには、互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸が示されている。

【0013】

アンテナ電極電気光学変調器１０は、電源を必要とすることなく、従来よりも高い変換効率で電気光学変換を行うことができる電気光学変調器であり、図１Ａに示されるように、主要な構成要素として、ベース基板１２と、ベース基板１２の上面において第１方向（ｙ軸方向）に並べて配置され無線信号４０を受信する複数のパッチアンテナ２０～２３と、複数のパッチアンテナ２０～２３の上方に配置された誘電性材料からなる電気光学結晶基板１４とを備える。

【0014】

なお、図１Ｂに示されるように、電気光学結晶基板１４とベース基板１２との間には、電気光学結晶基板１４の下面と、ベース基板１２の上面及びパッチアンテナ２０～２３とを覆う絶縁層であるバッファ層１６が設けられている。

【0015】

図１Ｃに示されるように、複数のパッチアンテナ２０～２３のそれぞれは、ベース基板１２の上面において第１方向（ｙ軸方向）と直交する第２方向（ｘ軸方向）に沿って配置された第１アンテナ素子２０ａ、第１アンテナ素子２０ａに接続された第１線路２０ｂ、第１線路２０ｂに接続された共振電極２０ｃ、共振電極２０ｃに接続された第２線路２０ｄ、及び、第２線路２０ｄに接続された第２アンテナ素子２０ｅを有する。

【0016】

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、電気光学結晶基板１４の複数のパッチアンテナ２０～２３に対向する面には、共振電極２０ｃの上方に対応する位置において第１方向（ｙ軸方向）に延伸する、光信号（つまり、光）３５を伝送するための光導波路３０が形成されている。

【0017】

ここで、特徴的な点として、電気光学結晶基板１４は、図１Ｂに示される断面において、複数のパッチアンテナ２０～２３の上方のうち、共振電極２０ｃの上方にだけ、配置されている。

【0018】

以下、アンテナ電極電気光学変調器１０を構成する各構成要素について、詳細に説明する。

【0019】

ベース基板１２は、アンテナ電極電気光学変調器１０の実効誘電率を減少させてパッチアンテナ２０～２３（特に、共振電極２０ｃ）の性能を向上させるため、並びに、パッチアンテナ２０～２３からの外力を受けた電気光学結晶基板１４が割れてしまうことを防止するために補強する基板であり、例えば、底面にグランドパターン１２ａが施された厚さ約５７μｍのＳｉＯ_２からなる基板である。

【0020】

バッファ層１６は、例えば、厚さ０．２μｍのＳｉＯ_２からなる薄膜である。バッファ層１６の下面に、パッチアンテナ２０～２３が形成されている。パッチアンテナ２０～２３が形成されたバッファ層１６とベース基板１２とは、紫外線硬化型樹脂等からなる接着剤で接合されている。

【0021】

電気光学結晶基板１４は、強誘電性の材料（例えば、ｚ－ｃｕｔ ＬｉＮｂＯ_３又はｚ－ｃｕｔ ＬｉＴａＯ_３）からなる厚さ約２５μｍの平板状の基板である。電気光学結晶基板１４の下面に、溝構造（例えば、幅約４μｍ、深さ約１．５μｍ）の光導波路３０が形成されている。光導波路３０の一端は、光信号３５が入力される入力ポート３１であり、他端は、変調後の光信号３５が出力される出力ポート３２である。図１Ａでは、入力ポート３１の近くには、入力される光信号３５のスペクトル例が描かれ、出力ポート３２の近くには、出力される光信号３５（周波数ｆｍの無線信号４０で変調された光信号３５）のスペクトル例が描かれている。

【0022】

なお、上述したように、電気光学結晶基板１４は、図１Ｂに示される断面において、複数のパッチアンテナ２０～２３の上方のうち、共振電極２０ｃの上方にだけ配置されている。より詳しくは、電気光学結晶基板１４は、図１Ｂに示される断面において、共振電極２０ｃの全体を覆い（上方に配置され）、かつ、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅのいかなる箇所も覆わない（上方に配置されない）大きさであれば、任意の大きさでよい。

【0023】

パッチアンテナ２０～２３のそれぞれは、７８ＧＨｚの無線信号４０に共振するように設計されたアルミニウム製の方形マイクロストリップ・パッチアンテナであり、図１Ｃに示されるように、第１アンテナ素子２０ａ、第１線路２０ｂ、共振電極２０ｃ、第２線路２０ｄ、及び、第２アンテナ素子２０ｅで構成される。パッチアンテナ２０～２３は、例えば、３．５０ｍｍ間隔で配置される。

【0024】

第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅは、一辺が１２３６μｍ（つまり、電気長が半波長）の正方形状を有する。なお、この大きさは、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅの上方に電気光学結晶基板１４が配置されないことに起因している。もし、従来技術のように、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅの上方に電気光学結晶基板１４が配置される場合には、７８ＧＨｚの無線信号４０に共振するためには、一辺が５３６μｍの正方形状にする必要がある。

【0025】

第１線路２０ｂは、（１）上方に電気光学結晶基板１４が配置されていない位置に形成され、一端が第１アンテナ素子２０ａに接続される、第１幅（ここでは、１７０μｍ）を有する第１部分線路２０ｂ１と、（２）上方に電気光学結晶基板１４が配置された位置に形成され、第１部分線路２０ｂ１の他端に一端が接続され、かつ、他端が共振電極２０ｃに接続される、第１幅よりも小さい第２幅（ここでは、４０μｍ）を有する第２部分線路２０ｂ２とを含む。同様に、第２線路２０ｄは、（１）上方に電気光学結晶基板１４が配置されていない位置に形成され、一端が第２アンテナ素子２０ｅに接続される、第１幅（ここでは、１７０μｍ）を有する第３部分線路２０ｄ１と、（２）上方に電気光学結晶基板１４が配置された位置に形成され、第３部分線路２０ｄ１の他端に一端が接続され、かつ、他端が共振電極２０ｃに接続される、第２幅（ここでは、４０μｍ）を有する第４部分線路２０ｄ２とを含む。これにより、第１部分線路２０ｂ１と第２部分線路２０ｂ２とのインピーダンス整合、及び、第３部分線路２０ｄ１と第４部分線路２０ｄ２とのインピーダンス整合が確保され、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅで受信された電力が効率的に共振電極２０ｃに給電される。

【0026】

そして、第１部分線路２０ｂ１の他端は、第２部分線路２０ｂ２に近づくに従って漸次幅が狭くなるテーパ形状の箇所（テーパ部２０ｂ３）を有する。テーパ部２０ｂ３は、第１線路２０ｂの幅が第１幅（ここでは、１７０μｍ）から第２幅（ここでは、４０μｍ）に変化する領域であり、長さが、例えば、１８０μｍである。同様に、第３部分線路２０ｄ１の他端は、第４部分線路２０ｄ２に近づくに従って漸次幅が狭くなるテーパ形状の箇所（テーパ部２０ｄ３）を有する。テーパ部２０ｄ３は、第２線路２０ｄの幅が第１幅（ここでは、１７０μｍ）から第２幅（ここでは、４０μｍ）に変化する領域であり、長さが、例えば、１８０μｍである。これにより、第１部分線路２０ｂ１と第２部分線路２０ｂ２との接続箇所、及び、第３部分線路２０ｄ１と第４部分線路２０ｄ２と接続箇所における不要な電磁波輻射が抑制され、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅで受信された電力が、伝搬ロスが抑制された状態で、共振電極２０ｃに給電される。

【0027】

共振電極２０ｃは、図１Ｃに示されるように、第１方向（ｙ軸方向）に延びる２辺を含むトラック形状のループ形状を有し、ループ形状を構成する一辺が第１線路２０ｂと直角に接続され、ループ形状を構成するもう一辺が第２線路２０ｄと直角に接続されている。

【0028】

以上のように構成される本実施の形態におけるアンテナ電極電気光学変調器１０は、次の工程で製造される。つまり、図１Ｂに示される断面図を上下反転した状態で、下層（つまり、電気光学結晶基板）から上層に向けて、製造していく。

【0029】

具体的には、まず、ベース基板１２と同程度の平面的な大きさをもつ電気光学結晶基板を準備し、電気光学結晶基板の表面に、安息香酸プロトン交換法によって溝構造の光導波路３０を形成する。次に、電気光学結晶基板１４の表面全域にＳｉＯ_２からなるバッファ層１６を形成し、バッファ層１６の上面に、フォトリソグラフィ技術によって、アルミニウム製のパッチアンテナ２０～２３を形成する。そして、パッチアンテナ２０～２３が形成されたバッファ層１６の下面に接着剤を塗布し、そこに、底面にグランドパターン１２ａが施されたベース基板１２を、グランドパターン１２ａが施されていない面が接着されるように、貼り合わせる。最後に、バッファ層１６が形成された電気光学結晶基板のうち、図１Ｂに示される断面において、共振電極２０ｃの上方より広い領域を除去することで、共振電極２０ｃの上方にだけ配置された電気光学結晶基板１４を形成する。

【0030】

次に、以上のように製造される本実施の形態に係るアンテナ電極電気光学変調器１０の動作について、説明する。

【0031】

アンテナ電極電気光学変調器１０に無線信号４０が照射されると、パッチアンテナ２０～２３において、無線信号４０が第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅで受信され、共振電極２０ｃに給電されることで、共振電極２０ｃに定在波が発生する。これにより、共振電極２０ｃの周りに電界が発生し、ポッケルス効果により、電気光学結晶基板１４の屈折率が変化する。その結果、光導波路３０の入力ポート３１から入力された光信号３５が、４つのパッチアンテナ２０～２３の共振電極２０ｃのそれぞれにおいて、変調され、変調後の光信号３５が光導波路３０の出力ポート３２から出力される。

【0032】

次に、本実施の形態に係るアンテナ電極電気光学変調器１０の特性を解析したので、その結果を説明する。

【0033】

効率よく解析を行うために、まず、パッチアンテナ部分（第１アンテナ素子２０ａ及び第１部分線路２０ｂ１を含む部分、あるいは、第２アンテナ素子２０ｅ及び第３部分線路２０ｄ１を含む部分）と共振電極部分（第２部分線路２０ｂ２、共振電極２０ｃ及び第４部分線路２０ｄ２を含む部分）とに分け、それぞれについて解析を行い、その後、それらを結合させて解析を行った。それぞれの解析については、三次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いた。

【0034】

図２は、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器１０のパッチアンテナ部分の解析結果を示す図である。ここには、パッチアンテナ部分の反射係数（ｄＢ）の周波数（ＧＨｚ）依存性が示されている。パッチアンテナ部分は、７８ＧＨｚに共振する構造になっていることが分かる。

【0035】

図３は、図１Ａに示されたアンテナ電極電気光学変調器１０の共振電極部分の解析結果を示す図である。ここには、共振電極部分の反射係数（ｄＢ）の周波数（ＧＨｚ）依存性が示されている。共振電極部分は、７８ＧＨｚに共振する構造になっていることが分かる。

【0036】

図４は、パッチアンテナ部分と共振電極部分とが結合されたパッチアンテナ２０（あるいは、２１～２３）全体の解析結果を示す図である。ここでは、パッチアンテナ部分と共振電極部分とが結合されたパッチアンテナ２０の共振電極２０ｃの表面の電界分布が示されている。ここで、横軸は、共振電極２０ｃにおけるｙ軸方向の位置（横軸：Ｄｉｓｔａｎｃｅ（ｍｍ））を示し、縦軸は、パッチアンテナ２０に誘起されたｘ軸方向における入射電界Ｅ_０に対する共振電極２０ｃで生じた定在波によるｚ軸方向の電界Ｅ_ｚの比（Ｅ_ｚ／Ｅ_０）を示す。

【0037】

図４から分かるように、本実施の形態に係るアンテナ電極電気光学変調器１０によれば、共振電極２０ｃの表面において、入力信号の約３０００倍の信号増強が確認できる。これは、本実施の形態に係るアンテナ電極電気光学変調器１０では、電気光学結晶基板１４が、図１Ｂに示される断面において、パッチアンテナ２０～２３の上方のうち、共振電極２０ｃの上方にだけ配置されていることに起因している。

【0038】

つまり、７８ＧＨｚの無線信号を対象とした場合に、パッチアンテナ全体を覆うように電気光学結晶基板が配置された構造を有する従来のアンテナ電極電気光学変調器では、上述したように、パッチアンテナのアンテナ素子を、一辺が５３６μｍの正方形状にする必要があったために、せいぜい約２００倍の信号増強であった。これに対して、本実施の形態に係るアンテナ電極電気光学変調器１０では、電気光学結晶基板１４がパッチアンテナ２０～２３の上方のうち共振電極２０ｃの上方にだけ配置されていることから、パッチアンテナ２０～２３のアンテナ素子を、一辺が１２３６μｍの正方形状（面積比で４倍以上）という大型にすることができ、約３０００倍という極めて大きな信号増強が可能になったと考えられる。

【0039】

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ電極電気光学変調器１０は、光信号３５を無線信号４０で変調して出力する電気光学変調器であって、ベース基板１２と、ベース基板１２の上面において第１方向に並べて配置され、無線信号４０を受信する複数のパッチアンテナ２０～２３と、複数のパッチアンテナ２０～２３の上方に配置された誘電性材料からなる電気光学結晶基板１４とを備え、複数のパッチアンテナ２０～２３のそれぞれは、ベース基板１２の上面において第１方向と直交する第２方向に沿って配置された、第１アンテナ素子２０ａ、第１アンテナ素子２０ａに接続された第１線路２０ｂ、第１線路２０ｂに接続された共振電極２０ｃ、共振電極２０ｃに接続された第２線路２０ｄ、及び、第２線路２０ｄに接続された第２アンテナ素子２０ｅを有し、電気光学結晶基板１４の複数のパッチアンテナ２０～２３に対向する面には、共振電極２０ｃの上方に対応する位置において第１方向に延伸する、光信号３５を伝送するための光導波路３０が形成されており、電気光学結晶基板１４は、複数のパッチアンテナ２０～２３の上方のうち、共振電極２０ｃの上方にだけ、配置されている。

【0040】

これにより、電気光学結晶基板１４がパッチアンテナ２０～２３の上方のうち共振電極２０ｃの上方にだけ配置されていることから、パッチアンテナ全体を覆うように電気光学結晶基板が配置された構造を有する従来のアンテナ電極電気光学変調器に比べ、パッチアンテナ２０～２３のアンテナ素子をより大きなサイズにすることができ、より大きな信号増強が可能になる。よって、従来よりも高い変換効率で電気光学変換を行うことができるアンテナ電極電気光学変調器が実現される。

【0041】

また、複数のパッチアンテナ２０～２３のそれぞれにおいて、第１線路２０ｂは、（１）上方に電気光学結晶基板１４が配置されていない位置に形成され、一端が第１アンテナ素子２０ａに接続される、第１幅を有する第１部分線路２０ｂ１と、（２）上方に電気光学結晶基板１４が配置された位置に形成され、第１部分線路２０ｂ１の他端に一端が接続され、かつ、他端が共振電極２０ｃに接続される、第１幅よりも小さい第２幅を有する第２部分線路２０ｂ２とを含み、第２線路２０ｄは、（１）上方に電気光学結晶基板１４が配置されていない位置に形成され、一端が第２アンテナ素子２０ｅに接続される、第１幅を有する第３部分線路２０ｄ１と、（２）上方に電気光学結晶基板１４が配置された位置に形成され、第３部分線路２０ｄ１の他端に一端が接続され、かつ、他端が共振電極２０ｃに接続される、第２幅を有する第４部分線路２０ｄ２とを含む。

【0042】

これにより、第１部分線路２０ｂ１と第２部分線路２０ｂ２とのインピーダンス整合、及び、第３部分線路２０ｄ１と第４部分線路２０ｄ２とのインピーダンス整合が確保され、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅで受信された電力が効率的に共振電極２０ｃに給電される。

【0043】

また、複数のパッチアンテナ２０～２３のそれぞれにおいて、第１部分線路２０ｂ１の他端は、第２部分線路２０ｂ２に近づくに従って漸次幅が狭くなるテーパ形状の箇所（テーパ部２０ｂ３）を有し、第３部分線路２０ｄ１の他端は、第４部分線路２０ｄ２に近づくに従って漸次幅が狭くなるテーパ形状の箇所（テーパ部２０ｄ３）を有する。

【0044】

これにより、第１部分線路２０ｂ１と第２部分線路２０ｂ２との接続箇所、及び、第３部分線路２０ｄ１と第４部分線路２０ｄ２と接続箇所における不要な電磁波輻射が抑制され、第１アンテナ素子２０ａ及び第２アンテナ素子２０ｅで受信された電力が、伝搬ロスが抑制された状態で、共振電極２０ｃに給電される。

【0045】

以上、本開示に係るアンテナ電極電気光学変調器１０について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。

【0046】

例えば、上記実施の形態では、アンテナ電極電気光学変調器１０に、４つのパッチアンテナ２０～２３が設けられたが、１つのパッチアンテナだけが設けられてもよい。必要とされる変調度に応じて、アンテナ電極電気光学変調器１０に設けるパッチアンテナの数（変調器の段数）を適宜決定すればよい。

【0047】

また、上記実施の形態では、アンテナ電極電気光学変調器１０のパッチアンテナ２０～２３は、電気長が半波長の正方形パッチアンテナであったが、これに限られず、電気長が１／４波長の辺を含む長方形パッチアンテナ等であってもよい。

【0048】

また、上記実施の形態では、アンテナ電極電気光学変調器１０は、７８ＧＨｚの無線信号４０を受信する変調器として説明されたが、この周波数に限られず、広く、ミリ波（３０ＧＨｚ帯域から３００ＧＨｚ帯）の無線信号に適用され得る。

【0049】

また、上記実施の形態では、アンテナ電極電気光学変調器１０には、１つの光導波路３０が形成されていたが、光導波路の数は、これに限られず、２つ以上の光導波路、例えば、並行に延在する２つの光導波路、あるいは、４つの光導波路が形成されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本開示は、光信号を無線信号で変調して出力するアンテナ電極電気光学変調器として、例えば、ミリ波無線を光信号に変換して伝送するＲｏＦ方式の伝送システムにおける変調器として、利用できる。

【符号の説明】

【0051】

１０ アンテナ電極電気光学変調器
１２ ベース基板
１２ａ グランドパターン
１４ 電気光学結晶基板
１６ バッファ層
２０～２３ パッチアンテナ
２０ａ 第１アンテナ素子
２０ｂ 第１線路
２０ｂ１ 第１部分線路
２０ｂ２ 第２部分線路
２０ｂ３ テーパ部
２０ｃ 共振電極
２０ｄ 第２線路
２０ｄ１ 第３部分線路
２０ｄ２ 第４部分線路
２０ｄ３ テーパ部
２０ｅ 第２アンテナ素子
３０ 光導波路
３１ 入力ポート
３２ 出力ポート
３５ 光信号
４０ 無線信号

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】